JPH05340291A - 吸入空気量情報の算出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 機関の回転速度とブースト圧とに基づいて機
関の運転状態を制御する方法と、機関の回転速度と吸入
空気量とに基づいて機関の運転状態を制御する方法との
制御ソフトの共用化を可能とすべく、機関の回転速度と
この機関のブースト圧とから吸入空気量情報を算出する
ようにした方法を提供する。 【構成】 機関の回転速度Ｎ_Eとこの機関の吸気通路内
のブースト圧Ｐ_Bとに基づいて当該機関の体積効率η_Vを
算出し、この体積効率η_Vに吸気通路内のブースト圧Ｐ_B
を乗算することにより、機関の吸気充填効率ζ_M,ζ_Vに
関する情報を得るようにしたことを特徴とするものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、機関の回転速度とこの
機関の吸気通路内の圧力とから当該機関の吸入空気量情
報を算出する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】機関に対する燃料の供給量やその点火時
期等は、一般的に機関の回転速度や機関の吸気通路内の
圧力（以下、これをブースト圧と呼称する）或いは機関
の吸入空気量等に基づいて予め最適な値に設定されてい
る。

【０００３】通常、機関の回転速度（以下、単に機関回
転速度と略称する）とブースト圧とに基づいて点火時期
や燃料供給量等の機関の運転状態を制御する場合には、
その制御手順を表す図３に示すように、機関回転速度Ｎ
_Eを検出する機関回転速度センサと、機関の吸気通路内
のブースト圧Ｐ_Bを検出するブースト圧センサとを用
い、Ｓ１のステップにてこれらセンサからの検出信号に
より現在の機関回転速度Ｎ_Eとブースト圧Ｐ_Bとを検出
し、Ｓ２のステップにて予めこれら機関回転速度Ｎ _Eと
ブースト圧Ｐ_Bとに基づいて書き込まれた図４に示す如
きマップから、最適な点火時期（図では圧縮上死点を基
準とする進角量を角度で表している）θを読み出す一
方、予め機関回転速度Ｎ_Eとブースト圧Ｐ_Bとに基づいて
書き込まれた図５に示す如き機関の各気筒体積当たりの
空気の吸入効率（以下、これを体積効率と呼称する）η
_Vのマップから、現在の体積効率η_VをＳ３のステップに
て読み出し、Ｓ４のステップにてこの体積効率η_Vとブ
ースト圧Ｐ_Bとを乗算して基本となる燃料供給量を算出
している。

【０００４】又、機関回転速度Ｎ_Eと吸入空気量とに基
づいて点火時期θや燃料供給量等の機関の運転状態を制
御する場合には、機関回転速度Ｎ_Eを検出する機関回転
速度センサと、カルマン渦流量計等の空気流量センサと
を用い、これらセンサからの検出信号から機関の一回転
当たりの吸入空気量（以下、これを吸気充填効率と呼称
する）ζを算出した後、この吸気充填効率ζに基づいて
基本となる燃料供給量を算出する一方、予め機関回転速
度Ｎ_Eと吸気充填効率ζとに基づいて書き込まれた図６
に示す如きマップから最適な点火時期（図では圧縮上死
点を基準とする進角量を角度で表している）θを読み出
すようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図３〜図５に示した機
関回転速度Ｎ_Eとブースト圧Ｐ_Bとに基づいて機関の運転
状態を制御する方法は、機関の吸入空気量を直接測定し
ているわけではないので、実際の機関の運転によるマッ
チングの技術が非常に重要となる。このため、新車の開
発期間の短縮や制御の容易性という点では、機関回転速
度Ｎ_Eと吸入空気量とに基づいて機関の運転状態を制御
するシステムの方が有利である。

【０００６】しかし、機関回転速度Ｎ_Eと吸入空気量と
に基づいて機関の運転状態を制御する方法では、非常に
高価な空気流量センサを用いる必要がある上、この空気
流量センサの一部が吸気通路内を流れる吸入空気に対し
て抵抗となるため、高性能な機関においてはその圧力損
失が無視できない量となる。

【０００７】以上のようなことから、空気流量センサよ
りも大幅なコスト低減が可能なブースト圧センサを用
い、機関回転速度Ｎ_Eとブースト圧Ｐ_Bとに基づいて機関
の運転状態を制御する方法が再び注目されつつある。

【０００８】機関回転速度Ｎ_Eとブースト圧Ｐ_Bとに基づ
いて機関の運転状態を制御する方法で問題となるのは、
先にも述べたように機関の吸入空気量を直接測定してい
るわけではないので、機関の仕様等が変わったりする
と、実際の機関の運転によるマッチングをその都度行っ
て図４や図５に示すようなマップを作り直す必要があ
り、非常に面倒な上に新車等の開発コストが嵩む欠点を
有する。

【０００９】又、機関回転速度Ｎ_Eとブースト圧Ｐ_Bとに
基づいて機関の運転状態を制御する方法を採用した車両
と、機関回転速度Ｎ_Eと吸入空気量とに基づいて機関の
運転状態を制御する方法を採用した車両とが同じ製造ラ
インに混在するような場合、これらの車両に搭載される
機関の仕様が全く同じでも、制御に互換性が全くないた
め、図４〜図６に示すようなマップを有するそれぞれ独
立した制御ソフトを開発する必要があり、そのためのコ
スト高を招来する。

【００１０】

【発明の目的】本発明は、機関回転速度とブースト圧と
に基づいて機関の運転状態を制御する方法と、機関回転
速度と吸入空気量とに基づいて機関の運転状態を制御す
る方法との制御ソフトの共用化を可能とすべく、機関回
転速度とこの機関のブースト圧とから吸入空気量情報を
算出するようにした吸入空気量情報の算出方法を提供す
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による吸入空気量
情報の算出方法は、機関回転速度とこの機関の吸気通路
内のブースト圧とに基づいて当該機関の体積効率を算出
し、この体積効率に前記吸気通路内のブースト圧を乗算
することにより、前記機関の吸入空気量情報を得るよう
にしたことを特徴とするものである。

【００１２】

【作用】機関回転速度とこの機関の吸気通路内の圧力と
に基づいて当該機関の体積効率を算出するが、この算出
作業は仕様の異なる機関毎に実験等から例えばマップと
して読み込んでおく。

【００１３】現在の機関回転速度とこの機関の吸気通路
内の圧力とから、当該機関の体積効率が判明すると、こ
の体積効率にブースト圧を乗算することにより、機関の
吸気充填効率に関する情報が得られる。そして、この吸
気充填効率に関する情報と機関回転速度とに基づいて機
関の運転状態を制御する。

【００１４】

【実施例】本発明による吸入空気量情報の算出方法を機
関の点火時期と燃料の供給量との決定に応用した一実施
例の概念を表す図２に示すように、機関１１の燃焼室１
２に吸気弁１３を介して基端側が連通する吸気管１４の
先端には、エアクリーナ１５が連結されている。このエ
アクリーナ１５内には、当該エアクリーナ１５内に導か
れる吸気温Ｔ_A及び大気圧Ｐ_Aをそれぞれ検出する吸気温
センサ１６及び大気圧センサ１７とが組付けられ、これ
ら吸気温センサ１６及び大気圧センサ１７には、これら
から出力される検出信号を受ける電子制御ユニット（以
下、これをＥＣＵと記述する）１８が接続している。

【００１５】前記吸気管１４の途中に設けられたサージ
タンク１９よりも上流側の吸気管１４に形成された吸気
通路２０内には、ケーブル２１を介したアクセルペダル
２２の操作に連動してこの吸気通路２０の開度を変化さ
せ、燃焼室１２内に供給される吸入空気量を調整するス
ロットル弁２３が組付けられており、前記サージタンク
１９には、このサージタンク１９内のブースト圧Ｐ_Bを
検出して前記ＥＣＵ１８にその検出信号を出力するブー
スト圧センサ２４が組み付けられている。

【００１６】又、吸気通路２０の下流端側には、機関１
１の燃焼室１２内へ図示しない燃料を吹き込む燃料噴射
装置の燃料噴射ノズル２５が設けられ、前記ＥＣＵ１８
によりデューティ制御される電磁弁２６を介して燃料が
燃料噴射ノズル２５から燃焼室１２内へ噴射される。つ
まり、上述した各センサ１６,１７,２４及び後述する他
のセンサからの検出信号に基づき、ＥＣＵ１８にて算出
される機関１１の体積効率η_Vに基づき、これと対応し
た燃料が供給されるように、後述する燃料噴射時間ｔ_I
に相当する電磁弁２６の通電時間を制御し、これによっ
て燃焼室１２内が所定の空燃比に設定される。

【００１７】前記機関１１の燃焼室１２に臨む点火プラ
グ２７は、点火コイル２８及びパワートランジスタ２９
を内蔵したディストリビュータ３０に接続している。そ
して、このパワートランジスタ２９のオフ動作により点
火コイル２８に高電圧が発生し、点火プラグ２９が火花
放電する一方、パワートランジスタ２９のオン動作によ
って点火コイル２８が充電を開始するようになってい
る。

【００１８】なお、この点火時期の制御の詳細について
は、例えば特開平2-241980号等で周知の通りである。

【００１９】従って、機関１１の通常の運転状態では、
スロットル弁２３の開度に応じてエアクリーナ１５を介
し吸気通路２０内に吸入された空気が、燃料噴射ノズル
２５から噴射される燃料と適切な空燃比となるように混
合され、燃焼室１２内でこの混合気が点火プラグ２７に
より点火燃焼し、排気ガスとなって機関１１の燃焼室１
２に排気弁３１を介して基端側が連通する排気管３２に
形成された排気通路３３から外部に排出されるようにな
っている。

【００２０】この機関１１の運転状態を良好に維持する
ため、本実施例では種々のセンサを設け、これらセンサ
からの検出信号に基づいて点火プラグ２７の点火時期θ
や燃料噴射ノズル２５からの燃料の噴射時間ｔ_I等を制
御している。具体的には、先に述べた吸気温センサ１６
や大気圧センサ１７の他に、機関１１にはこの機関１１
の冷却水温Ｔ_Wを検出する水温センサ３４が設けられ、
又、ディストリビュータ２８には機関１１の各気筒の圧
縮上死点位置をそれぞれ検出すると共にこれら四つの気
筒の内の予め設定した第一気筒における圧縮上死点位置
を検出する上死点センサ３５と、上記第一気筒における
圧縮上死点位置を基準とするクランク角位相を検出する
クランク角センサ３６とが組み込まれ、これらセンサ３
４〜３６からの検出信号がそれぞれＥＣＵ１８に出力さ
れるようになっている。

【００２１】このＥＣＵ１８による本実施例の制御ブロ
ックを表す図１に示すように、本実施例では機関回転速
度Ｎ_Eを検出するための機関回転速度センサとして上述
したクランク角センサ３６を用い、このクランク角セン
サ３６及びブースト圧センサ２４からの検出信号に基づ
いてＲ１のステップにて現在の機関回転速度Ｎ_Eとブー
スト圧Ｐ_Bとを算出する。

【００２２】そして、これら機関回転速度Ｎ_Eとブース
ト圧Ｐ_Bとに基づき、予め設定した前述の図５に示す如
きマップから現在の機関１１の体積効率η_VをＲ２のス
テップにて読み出し、更にこの体積効率η_Vとブースト
圧Ｐ_Bと温度補正量（Ｔ₀／Ｔ)^kとを乗算して下式(1)に
示す質量ベースの吸気充填効率ζ_MをＲ３のステップに
て算出すると共に下式(2)に示す体積ベースの吸気充填
効率ζ_Vを算出する。 ζ_M＝η_V・Ｐ_B・（Ｔ₀／Ｔ)^k ・・・ (1) ζ_V＝ζ_M・（Ｐ₀／Ｐ_A）・（Ｔ／Ｔ₀） ・・・ (2)

【００２３】但し、Ｔ₀は標準状態における絶対温度
（２７３Ｋ）、Ｔは現在の絶対温度であり、ｋは０.４
〜０.６のマッチング定数である。又、Ｐ₀は標準状態に
おける絶対圧（７６０mmHg）であり、Ｐ_Aは現在の大気
圧（絶対圧）である。

【００２４】そして、Ｒ４のステップにて機関回転速度
Ｎ_Eと体積ベースの吸気充填効率ζ_Vとに基づき、予め設
定した図６に示す如きマップから現在の機関の点火時期
θを読み出す一方、Ｒ５のステップにて質量ベースの吸
気充填効率ζ_Mと冷却水温Ｔ_Wや吸気温Ｔ_A或いは大気圧
Ｐ_A等に基づいて予め設定される空燃比補正係数ｃとバ
ッテリ電圧に対応して設定される噴射補正時間ｔ_Dとを
乗算し、下式(3)に示す燃料噴射時間ｔ_Iを電磁弁２６に
対する通電時間として算出する。 ｔ_I＝ζ_V・ｃ・ｔ_D ・・・ (3)

【００２５】なお、この燃料噴射時間ｔ_Iの詳細な設定
方法等については、特開平2-241942号公報等で周知の通
りである。

【００２６】なお、空気流量センサが組み込まれた機関
の場合には、この空気流量センサからの検出信号に基づ
いて算出される吸入空気量を機関回転速度Ｎ_Eで除算
し、体積ベースの吸気充填効率ζ_Vを算出する一方、下
式(4)に示す質量ベースの吸気充填効率ζ_Mを算出する。 ζ_M＝ζ_V・（Ｐ_A／Ｐ₀）・（Ｔ₀／Ｔ） ・・・ (4)

【００２７】しかる後、先の方法と同様にＲ４のステッ
プにて機関回転速度Ｎ_Eと体積ベースの吸気充填効率ζ_V
とに基づき、予め設定した図６に示す如きマップから現
在の機関の点火時期θを読み出す一方、Ｒ５のステップ
にて質量ベースの吸気充填効率ζ_Mと現在の空燃比補正
係数ｃと噴射補正時間ｔ_Dとを乗算して前記(3)式に示す
燃料噴射時間ｔ_Iを算出する。

【００２８】つまり、Ｒ４のステップでの点火時期θの
読み出し作業と、Ｒ５のステップでの燃料噴射時間ｔ_I
の設定作業とは、ブースト圧センサ２４を用いる場合及
び空気流量センサを用いる場合共に制御ソフトを共用す
ることが可能となり、機関回転速度Ｎ_Eとブースト圧Ｐ_B
とに基づいて機関１１の運転状態を制御する方法を採用
した車両と、機関回転速度Ｎ_Eと吸入空気量とに基づい
て機関１１の運転状態を制御する方法を採用した車両と
が同一の製造ラインで混在するような場合、これらの車
両に搭載される機関１１の仕様が全く同じ場合には、制
御ソフトの開発費を抑えることができる。

【００２９】又、機関１１の仕様が変わった場合には、
機関回転速度Ｎ_Eとブースト圧Ｐ_Bとに対応する図５に示
す如き現在の機関の体積効率η_Vのマップをその都度作
成するだけで良く、それ以降の制御ソフトを変更する必
要がなくなる結果、新車の開発期間等を短縮化すること
ができる。

【００３０】

【発明の効果】本発明の吸入空気量情報の算出方法によ
ると、機関回転速度とこの機関のブースト圧とに基づい
て当該機関の体積効率を算出し、この体積効率に前記吸
気通路内のブースト圧を乗算することにより、前記機関
の吸入空気量情報を得るようにしたので、高価な空気流
量センサを用いなくても吸入空気量に基づいて機関の運
転状態を制御することが可能となり、機関の仕様が変わ
った場合でも機関の体積効率を修正するのみで良く、マ
ッチング操作による点火時期等の設定をし直す必要がな
くなった。

【００３１】又、機関の吸入空気量情報に基づいて機関
の運転状態を制御することができるため、従来の空気流
量センサを用いて機関の運転状態を制御するシステムの
制御ソフトの一部をそのまま使用することが可能であ
り、機関回転速度とブースト圧とに基づいて機関の運転
状態を制御する方法を採用した車両と、機関回転速度と
吸入空気量とに基づいて機関の運転状態を制御する方法
を採用した車両とが同一の製造ラインに混在するような
場合でも、制御の大部分に互換性を持たせることができ
るため、それぞれ独立した制御ソフトを開発する必要が
なくなり、そのためのコスト削減が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による吸入空気量情報の算出方法を機関
の点火時期と燃料の供給量との決定に応用した一実施例
の制御手順を表すフローチャートである。

【図２】本実施例の対象となった機関の制御システムを
表す概念図である。

【図３】機関回転速度とブースト圧とに基づいて機関の
点火時期と燃料の供給量とを決定する従来の制御手順の
フローチャートである。

【図４】機関回転速度とブースト圧とに対応する点火時
期のマップである。

【図５】機関回転速度とブースト圧とに対応する機関の
体積効率のマップである。

【図６】機関回転速度と体積ベースの吸気充填効率とに
対応する点火時期のマップである。

【符号の説明】

１１は機関、１２は燃焼室、１３は吸気弁、１４は吸気
管、１５はエアクリーナ、１６は吸気温センサ、１７は
大気圧センサ、１８はＥＣＵ、１９はサージタンク、２
０は吸気通路、２１はケーブル、２２はアクセルペダ
ル、２３はスロットル弁、２４はブースト圧センサ、２
５は燃料噴射ノズル、２６は電磁弁、２７は点火プラ
グ、２８は点火コイル、２９はパワートランジスタ、３
０はディストリビュータ、３１は排気弁、３２は排気
管、３３は排気通路、３４は水温センサ、３５は上死点
センサ、３６はクランク角センサであり、ｃは空燃比補
正係数、θは機関の点火時期、ｋは定数、η_Vは機関の
体積効率、Ｎ_Eは機関回転速度、ζ _Mは質量ベースの吸気
充填効率、Ｐ_Aは大気圧、ζ_Vは体積ベースの吸気充填効
率、Ｐ_Bはブースト圧、Ｐ₀は標準状態における絶対圧、
Ｔは現在の絶対温度、Ｔ₀は標準状態における絶対温
度、ｔ_Dは噴射補正時間、ｔ_Iは燃料噴射時間である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機関の回転速度とこの機関の吸気通路内
   の圧力とに基づいて当該機関の各気筒体積当たりの空気
   の吸入効率を算出し、この吸入効率に前記吸気通路内の
   圧力を乗算することにより、前記機関の吸入空気量情報
   を得るようにしたことを特徴とする吸入空気量情報の算
   出方法。